Plasmapolymer-Metall-Compositschichten werden durch alternierende Plasmapolymerisation und thermische Verdampfung hergestellt. Dabei entsteht ein Mehrlagensystem aus Plasmapolymergrund-, Composit- und Plasmapolymerdeckschicht mit einer Gesamtdicke von ca. 100 nm. Die Informationen ueber Groesse, Form und Verteilung der dispers eingelagerten Nanometallpartikel werden unter dem Begriff Mikrostruktur zusammengefasst. Deren Bestimmung erfolgt durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) in Verbindung mit optischer Bildverarbeitung. Die Mikrostruktur veraendert sich unter Normalbedingungen nicht. Veraenderungen werden zunaechst durch thermische Ausheizung induziert und im TEM nachgewiesen. Lokal begrenzte Mikrostrukturveraenderungen koennen durch eine Laser-Bestrahlung (NdYAG:1064 nm) induziert werden. Die optischen Eigenschaften des Mehrlagensystems werden nach der Herstellung und nach thermischer Ausheizung bzw. Laser-Bestrahlung bestimmt. Deren Veraenderungen werden unter der Verwendung von Effektivmedien (Maxwell-Garnett, Bergman) modelliert und in Bezug zu Veraenderungen von Partikelgroesse und -form gesetzt. Die zu Mikrostrukturveraenderungen fuehrenden physikalischen Prozesse werden durch Ausheizungen in situ im TEM untersucht. In Abhaengigkeit von der Mikrostruktur vor Beginn der Ausheizung und erreichter Temperatur waehrend der Ausheizung werden Rekristallisation und atomare Diffusion (Ostwald-Reifung, Koaleszenz) gefunden. Unter Hochaufloesungsbedingungen im TEM wird erstmals eine elektronenstrahlinduzierte Koaleszenz von matrixeingelagerten Silberpartikeln in situ beobachtet. Bei der externen Elektronenbestrahlung in einer UHV-Apparatur werden die gefundenen Prozesse bei elektronenstrahlinduzierten Mikrostrukturveraenderungen ausgenutzt. Die gegenwaertige Aufloesung liegt bei der Modifizierung von Linien der Breite von 2 Mikrometer bei einem Abstand von 4 Mikrometer.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Bewertung eines Mehrfachschichtmodells für Permeationsbarrieren auf Basis einer detaillierten Charakterisierung der zugrunde liegenden Einzelschichten. Diese sind reaktiv gesputterte Oxidschichten als Barriereschicht und mittels Magnetron-PECVD abgeschiedene siliziumhaltige Plasmapolymerschichten zur Verwendung als Zwischenschicht. Zunächst werden die verschiedenen gesputterten Oxidschichten charakterisiert und verglichen. Die untersuchten Materialien sind Zinkoxid, Siliziumoxid, Zink-Zinn-Oxid, Aluminiumoxid und Titanoxid. Die wirkenden Permeationsmechanismen und die Ursachen für teils deutliche Unterschiede zwischen verschiedenen Materialien werden diskutiert. Während die Sauerstoffpermeation immer durch Punktdefekte in den Schichten bestimmt wird, muss bei der Wasserdampfpermeation von weiteren Permeationsmechanismen ausgegangen werden. Am Beispiel des Zink-Zinn-Oxids und des Aluminiumoxids wird anschließend die Abhängigkeit der Permeationseigenschaften von wesentlichen Prozessparametern wie Sputterleistung, Prozessdruck oder reaktiver Arbeitspunkt untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Plasmapolymerschichten hinsichtlich ihrer Struktur- und Permeationseigenschaften charakterisiert und mit gesputtertem Siliziumoxid verglichen. Die Abhängigkeit der Permeationseigenschaften vom Kohlenstoffgehalt in den Schichten wird untersucht. Anhand der gewonnenen Ergebnisse werden abschließend sowohl die Sputterschichten als auch die mittels Magnetron-PECVD abgeschiedenen Schichten hinsichtlich ihrer Eignung für ein Barrieremehrfachschichtsystem bewertet. / The aim of this PhD-thesis is to evaluate a concept for a multilayer permeation barrier by a detailed characterization of the different constituent of the layer stack. The multilayer concept is based on reactively sputtered permeation barrier layers and an interlayer that is deposited by using a magnetron based plasma enhanced chemical vapor deposition (Magnetron-PECVD) process. In the first part of this thesis, different sputtered oxide layers are characterized and compared regarding their structural and surface properties as well as their water vapor and oxygen permeability. These oxide layers include the materials zinc oxide, silicon oxide, zinc-tin oxide, aluminum oxide and titanium oxide. The permeation mechanisms and reasons for significant differences in the water vapor and oxygen transmission rates in the different materials are evaluated and discussed. Oxygen permeation thereby is always dominated by defects in the layers. In contrast to that, additional permeation mechanisms can be assumed for water vapor permeation. The dependence of the gas permeation on sputter process parameters like plasma power, process pressure and reactive sputtering mode is evaluated for zinc-tin oxide and aluminum oxide layers. In the second part of this thesis, plasma polymer layers that are deposited using the Magnetron-PECVD process are characterized regarding their structure and surface roughness. Their water vapor and oxygen permeability is compared to the permeation through reactively sputtered silicon oxide layers. The dependence of the gas permeation on the atomic composition, in particular on the carbon concentration, is evaluated. Finally, both the sputtered oxide layers and the Magnetron-PECVD plasma polymer layers are evaluated regarding their usability in a multilayer stack for high permeation barrier applications.

Plasmapolymer-Metall-Compositschichten werden durch alternierende Plasmapolymerisation und thermische Verdampfung hergestellt. Dabei entsteht ein Mehrlagensystem aus Plasmapolymergrund-, Composit- und Plasmapolymerdeckschicht mit einer Gesamtdicke von ca. 100 nm. Die Informationen ueber Groesse, Form und Verteilung der dispers eingelagerten Nanometallpartikel werden unter dem Begriff Mikrostruktur zusammengefasst. Deren Bestimmung erfolgt durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) in Verbindung mit optischer Bildverarbeitung. Die Mikrostruktur veraendert sich unter Normalbedingungen nicht. Veraenderungen werden zunaechst durch thermische Ausheizung induziert und im TEM nachgewiesen. Lokal begrenzte Mikrostrukturveraenderungen koennen durch eine Laser-Bestrahlung (NdYAG:1064 nm) induziert werden. Die optischen Eigenschaften des Mehrlagensystems werden nach der Herstellung und nach thermischer Ausheizung bzw. Laser-Bestrahlung bestimmt. Deren Veraenderungen werden unter der Verwendung von Effektivmedien (Maxwell-Garnett, Bergman) modelliert und in Bezug zu Veraenderungen von Partikelgroesse und -form gesetzt. Die zu Mikrostrukturveraenderungen fuehrenden physikalischen Prozesse werden durch Ausheizungen in situ im TEM untersucht. In Abhaengigkeit von der Mikrostruktur vor Beginn der Ausheizung und erreichter Temperatur waehrend der Ausheizung werden Rekristallisation und atomare Diffusion (Ostwald-Reifung, Koaleszenz) gefunden. Unter Hochaufloesungsbedingungen im TEM wird erstmals eine elektronenstrahlinduzierte Koaleszenz von matrixeingelagerten Silberpartikeln in situ beobachtet. Bei der externen Elektronenbestrahlung in einer UHV-Apparatur werden die gefundenen Prozesse bei elektronenstrahlinduzierten Mikrostrukturveraenderungen ausgenutzt. Die gegenwaertige Aufloesung liegt bei der Modifizierung von Linien der Breite von 2 Mikrometer bei einem Abstand von 4 Mikrometer.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Bewertung eines Mehrfachschichtmodells für Permeationsbarrieren auf Basis einer detaillierten Charakterisierung der zugrunde liegenden Einzelschichten. Diese sind reaktiv gesputterte Oxidschichten als Barriereschicht und mittels Magnetron-PECVD abgeschiedene siliziumhaltige Plasmapolymerschichten zur Verwendung als Zwischenschicht. Zunächst werden die verschiedenen gesputterten Oxidschichten charakterisiert und verglichen. Die untersuchten Materialien sind Zinkoxid, Siliziumoxid, Zink-Zinn-Oxid, Aluminiumoxid und Titanoxid. Die wirkenden Permeationsmechanismen und die Ursachen für teils deutliche Unterschiede zwischen verschiedenen Materialien werden diskutiert. Während die Sauerstoffpermeation immer durch Punktdefekte in den Schichten bestimmt wird, muss bei der Wasserdampfpermeation von weiteren Permeationsmechanismen ausgegangen werden. Am Beispiel des Zink-Zinn-Oxids und des Aluminiumoxids wird anschließend die Abhängigkeit der Permeationseigenschaften von wesentlichen Prozessparametern wie Sputterleistung, Prozessdruck oder reaktiver Arbeitspunkt untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Plasmapolymerschichten hinsichtlich ihrer Struktur- und Permeationseigenschaften charakterisiert und mit gesputtertem Siliziumoxid verglichen. Die Abhängigkeit der Permeationseigenschaften vom Kohlenstoffgehalt in den Schichten wird untersucht. Anhand der gewonnenen Ergebnisse werden abschließend sowohl die Sputterschichten als auch die mittels Magnetron-PECVD abgeschiedenen Schichten hinsichtlich ihrer Eignung für ein Barrieremehrfachschichtsystem bewertet. / The aim of this PhD-thesis is to evaluate a concept for a multilayer permeation barrier by a detailed characterization of the different constituent of the layer stack. The multilayer concept is based on reactively sputtered permeation barrier layers and an interlayer that is deposited by using a magnetron based plasma enhanced chemical vapor deposition (Magnetron-PECVD) process. In the first part of this thesis, different sputtered oxide layers are characterized and compared regarding their structural and surface properties as well as their water vapor and oxygen permeability. These oxide layers include the materials zinc oxide, silicon oxide, zinc-tin oxide, aluminum oxide and titanium oxide. The permeation mechanisms and reasons for significant differences in the water vapor and oxygen transmission rates in the different materials are evaluated and discussed. Oxygen permeation thereby is always dominated by defects in the layers. In contrast to that, additional permeation mechanisms can be assumed for water vapor permeation. The dependence of the gas permeation on sputter process parameters like plasma power, process pressure and reactive sputtering mode is evaluated for zinc-tin oxide and aluminum oxide layers. In the second part of this thesis, plasma polymer layers that are deposited using the Magnetron-PECVD process are characterized regarding their structure and surface roughness. Their water vapor and oxygen permeability is compared to the permeation through reactively sputtered silicon oxide layers. The dependence of the gas permeation on the atomic composition, in particular on the carbon concentration, is evaluated. Finally, both the sputtered oxide layers and the Magnetron-PECVD plasma polymer layers are evaluated regarding their usability in a multilayer stack for high permeation barrier applications.

Herstellung anwendungsbezogener SiO2- Grabenstrukturen im sub-μm-Bereich durch RIE und ICP-Prozesse.

Herstellung anwendungsbezogener SiO2- Grabenstrukturen im sub-μm-Bereich durch RIE und ICP-Prozesse.